Analiza ključnih laserskih parametrov za GaAs Stealth Dicing

Teoretična analiza laserskih parametrov je ključnega pomena za program povpraševanja po procesu in tehnične zahteve, nevidno rezanje mora temeljiti na lastnostih materiala rezine, da se izbere ustrezna valovna dolžina laserja, tako da se lahko laser prenaša skozi površinsko plast rezine in tvori žariščno točko znotraj rezine (tako imenovana polprosojna valovna dolžina). Primarni pogoj je, da je energija laserskega fotona manjša od absorpcijske pasovne vrzeli materiala GaAs, ki je optično prosojen. Šele ko material fotonov ne absorbira ali jih absorbira le majhna količina, bo optika pokazala transparentne lastnosti. Absorpcija fotona lahko povzroči elektrone v različnih stanjih med preskokom, tako da elektroni z nizke energetske ravni preskočijo na visoko energijsko raven. Moč absorpcije svetlobne energije v polprevodnikih običajno opisujemo z absorpcijskim koeficientom. Ob predpostavki jakosti svetlobe I(x) in absorpcijskega koeficienta (v cm-1) na enoto razdalje je absorbirana energija v dx:
dI(x)=- -I(x)dx (1)
Potem lahko notranjo svetlobno jakost polprevodnika izrazimo kot I(x) {{0}} I(0)-e - -x) (2)
kjer je absorpcijski koeficient funkcija svetlobne energije, odvisnost absorpcijskega koeficienta od svetlobne energije (valovne dolžine, valovnega števila ali frekvence) pa imenujemo absorpcijski spekter. Slika 1 prikazuje absorpcijske spektre običajnih polprevodniških materialov (npr. Si, Ge, GaAs itd.), valovno dolžino v bližini 0. Absorpcijski koeficient GaAs pri 87 μm je podvržen drastični spremembi zaradi absorpcije fotonsko energijo z nosilci GaAs, tako da nastane s preskokom z nizke na visoko energijsko raven. V zvezi s tem laserski žarek z valovno dolžino, krajšo od 0,87 μm, ne more preiti skozi GaAs rezino, medtem ko lahko valovna dolžina, večja od 0,87 μm, preide skozi GaAs. ta valovna dolžina je dolgovalovna meja λ0 za materiale GaAs.

Valovna dolžina svetlobe, ki ustreza meji dolge valovne dolžine λ0, določa najmanjšo energijo fotona, ki lahko povzroči intrinzično absorpcijo v polprevodnikih, in obstaja frekvenčna meja v 0, ki ustreza frekvenci. Ko je frekvenca nižja od v 0 (ali je valovna dolžina daljša od λ0), je nemogoče ustvariti intrinzično absorpcijo in absorpcijski koeficient se hitro zmanjša in ta valovna dolžina λ{{5} } (ali frekvenčna meja v 0) se imenuje intrinzična absorpcijska meja polprevodnikov.
Valovna dolžina svetlobnega vala, pri kateri lahko pride do intrinzične absorpcije, je manjša ali enaka prepovedani pasovni širini, to je:
hν{{{0}}Eg=hc/λ0 (3)
Kjer je: Npr. prepovedana pasovna širina polprevodniških materialov; h je Planckova konstanta; c je svetlobna hitrost. Zamenjava je možna:
λ0=1.24/Eg (4)
Izračun je mogoče doseči dolgovalovno mejo Si λ0 ≈ 1,1 μm, dolgovalovno mejo GaAs λ0 ≈ 0.867 μm za tridimenzionalno integracijo čipa GaAs rezin, čeprav debelina rezine, sestava nečistoč in vsebnost dejavnikov, kot je spektralna absorbanca, vplivajo na material GaAs, ki v glavnem absorbira valovne dolžine 0.87 μm ali manj, vključno z valovnimi dolžinami blizu ultravijoličnega. svetlobe in bližnje infrardeče valovne dolžine daljše svetlobe Prepustnost je boljša za daljše valovne dolžine bližnje infrardeče svetlobe. Zato prikrito rezanje GaAs materialnih rezin običajno izbere valovno dolžino 1064 nm infrardečega laserja (lasersko polno rezanje običajno izbere ultravijolični laser); prikrito rezanje rezin Si materiala, običajno izberejo valovno dolžino 1342 nm infrardečega laserja, tako da laserska svetloba skozi površino rezine, v fokusni leči, kot je vloga optičnih institucij, rezina na sredini zgornjega dela in spodnje površine rezine med površino za fokusiranje izbire. Hkrati, kolikor je mogoče, zmanjšajte vpadno površino in lasersko žarišče med materialno plastjo učinka laserske absorpcije.
GaAs stealth dicing izbere ultrakratek impulzni infrardeči laserski žarek z visoko frekvenco ponavljanja, močjo laserja, večjo od 5 W, in časom širine impulza, krajšim od 100 ns, za stiskanje energije laserske absorpcije na raven praga, da se doseže bolj zaželen učinek modifikacijsko plast in za nadzor toplotno prizadetega območja. Absorpcijski koeficient dejansko narašča eksponentno z naraščajočo temperaturo. Zato je tudi parameter širine impulza zelo kritičen, ne premajhen, da zagotovi, da se v območju fokusiranja absorbira dovolj energije za oblikovanje modificirane plasti, in ne prevelik, da bi bila temperatura območja okoli modificirane plasti previsoka . Slika 2(a) prikazuje vzorec rezin GaAs po nevidnem rezanju, slika 2(b) pa prikazuje odsek vzorca rezin GaAs po nevidnem rezanju z mikroskopom, kar kaže, da vzdolž smeri debeline 100 μm debelega vzorca nekaj mikrometrov široka in 30 μm debela modifikacijska plast se oblikuje v srednji plasti rezine. Na sliki 16(b) je mogoče opaziti navpično črto razpoke, ki sega od vrha in dna plasti SD do sprednje in zadnje površine čipa. Učinek ločevanja odrezkov je močno odvisen od tega, kako daleč ta navpična razpoka sega do sprednje in zadnje površine odrezkov.